熔炼与浇注控制要点：球墨铸铁阀体的化学成分与球化处理的关键掌握

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：表7-3 球墨铸铁阀体化学成分控制范围化学成分中，须严格控制C、Si含量，使碳当量CE值为4.6%～4.73%。为确保阀体的良好球化效果，采用冲入法时，球化剂的加入量一般为1.30%～1.40%。要预估球化处理全过程的降温幅度等情况，以保证阀体所需的浇注温度。

一、化学成分的选择

按照球墨铸铁阀体的材质要求，根据阀体结构特征及铸造工艺方案等情况，为获得铸态高韧性铁素体球墨铸铁，避免产生局部缩松、石墨漂浮等铸造缺陷，选用的化学成分控制范围见表7-3。

表7-3 球墨铸铁阀体化学成分控制范围

化学成分中，须严格控制C、Si含量，使碳当量CE值为4.6%～4.73%。碳当量过低，会使铸态铁素体量减少，伸长率下降，收缩量增加，容易产生内部缩松等缺陷；碳当量过高，则容易产生石墨漂浮等缺陷。选用低的含锰量，尽量降低硫、磷及其他合金元素，特别是微量干扰球化元素的含量。

二、主要原材料的选择及炉料组成

（1）生铁目前国内一般可选用w（Mn）＜0.3%，w（P）＜0.05%，w（S）＜0.02%的Q10、Q12铸造生产。

（2）废钢选用普通碳素钢废料。

（3）回炉料选用本厂或本产品回炉料。

（4）炉料组成炉料组成一般为：铸造生铁40%～45%，回炉料43%～52%，废钢8%～12%。

近年来，国外工业发达国家由于废钢供应十分充足，价格也较新生铁便宜，于是发展了不加新生铁，仅用废钢和回炉料，采用合适的增碳剂在炉内进行增碳的合成铸铁及熔炼方法来生产球墨铸铁，尚需进行实践。

三、球化处理

1.球化剂及其加入量

宜选用QRMg8RE3低稀土球化剂，主要成分为：w（Mg）=7.0%～9.0%，w（RE）=2.5%～4.0%，w（Si）=35.0%～44.0%，w（Ca）=2.0%～3.5%。

球化剂的加入量与很多因素有关，如原铁液中的含硫量、铁液的纯净度、球化剂中的含镁量、铁液的处理温度、球化处理工艺措施、铸件结构特征及铸造工艺等。为确保阀体的良好球化效果，采用冲入法时，球化剂的加入量一般为1.30%～1.40%。

2.球化处理方法

目前国内普遍采用操作较简便的冲入法。须严格控制每道工序，如包体的预热程度、球化剂的准备（粒度及预热等）、球化剂放入堤坝式凹坑内的覆盖及铁液的冲入等，以确保获得预期的球化效果。

采用喂线法进行球化处理，具有能准确控制球化剂的加入量等许多优点，显著提高了球化处理质量。

3.温度控制

为提高铁液的纯净度，中频电炉内的熔化温度宜控制在1500～1520℃的范围内。

球化处理的出炉温度，对球化剂中镁的吸收率有很重要的影响。要预估球化处理全过程的降温幅度等情况，以保证阀体所需的浇注温度。一般将阀体的球化处理出炉温度控制为1450～1470℃。

四、孕育处理

进行孕育处理，并强化孕育效果是确保铸态高韧性球墨铸铁质量的最重要措施之一，其关键是优选孕育剂和孕育处理方法。

1.孕育剂

应选用75SiFe和含有Si、Ca、Ba等多种元素的复合孕育剂。这种高效孕育剂具有孕育作用强、形核率高和抗衰退能力强等特点，可促使铸态铁素体形成，并使石墨球圆整、细小、数量增多和分布均匀。它还能有效地消除铸态组织中的碳化物，使晶粒细小、组织致密，从而提高力学性能等。

2.孕育量及孕育处理方法

孕育剂的加入总量，应使处理后的含硅量达到表7-3中所选定的终硅量。

孕育处理方法应采用多频次进行，如在球化处理包内、转包和浇注时随流孕育或型内孕育等。用占浇注质量的0.1%～0.2%的少剂量高效复合孕育剂（粒度约为0.8～1.5mm），在浇注箱内进行随流孕育，可获得显著的强化孕育效果。

五、浇注

球化处理后，为防止球化、孕育效果衰退，应缩短停留时间，尽快进行浇注。

阀体的浇注温度不宜过高或过低，一般控制在1340～1360℃的范围内。

按上述工艺生产的铸态高韧性铁素体球墨铸铁，具有良好的铸态力学性能。表7-4中所列的部分实际资料（其铸态金相组织如图7-9所示）可供参考。

表7-4 铸态高韧性球墨铸铁的化学成分、力学性能及金相组织

图7-9 铸态高韧性球墨铸铁金相组织

a）腐蚀前（×100） b）腐蚀后（×100） c）腐蚀后（×400）

铸态高韧性铁素体球墨铸铁阀体等铸件，不但本体的铸态力学性能良好，就连附铸的厚度仅为2mm的薄片，也具有很好的塑性，当用锤击弯曲达40°时，仍未出现断裂。该薄片的金相组织如图7-10所示。球状石墨圆整细小、分布均匀、数量多，铁素体基体，所以塑性很好，可供生产薄壁（厚度为3mm）球墨铸铁件。

图7-10 铸态高韧性薄片（厚度2mm）球墨铸铁金相组织

a）腐蚀前（×100） b）腐蚀后（×100）